ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Υλοποίηση Ενεργού Μηχανισμού σε σύστημα Ομότιμων Βάσεων ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ της ΕΛΛΗΣ ΑΝΔΡΟΥΛΑΚΗ Επιβλέπων : Τιμολέων Σελλής Καθηγητής Ε.Μ.Π. Αθήνα, Ιούλιος 2005

2 Η σελίδα αυτή είναι σκόπιμα λευκή.

3 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Υλοποίηση Ενεργού Μηχανισμού σε σύστημα Ομότιμων Βάσεων ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ της ΕΛΛΗΣ Μ. ΑΝΔΡΟΥΛΑΚΗ Επιβλέπων : Τιμολέων Σελλής Καθηγητής Ε.Μ.Π. Εγκρίθηκε από την τριμελή εξεταστική επιτροπή την 11 η Ιουλίου (Υπογραφή) (Υπογραφή) (Υπογραφή) Τιμολέων Σελλής Ιωάννης Βασιλείου Νεκτάριος Κοζύρης Καθηγητής Ε.Μ.Π. Καθηγητής Ε.Μ.Π. Λέκτορας Ε.Μ.Π. Αθήνα, Ιούλιος 2005

4 (Υπογραφή)... ΕΛΛΗ Μ. ΑΝΔΡΟΥΛΑΚΗ Διπλωματούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Ε.Μ.Π All rights reserved

5 Περίληψη Η διπλωματική αυτή εργασία εντάσσεται στο πλαίσιο μίας ευρύτερης ερευνητικής προσπάθειας πάνω στα συστήματα ομότιμων βάσεων, του Hyperion. Το τελευταίο αποτελεί μία νέα αρχιτεκτονική που αφορά σε ομότιμα δίκτυα. Σκοπός, ωστόσο, της διπλωματικής εργασίας είναι η επέκταση της PostgreSQL, ενός από τα πιο δημοφιλή συστήματα διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων ελεύθερου λογισμικού, ώστε να υποστηρίζει την επικοινωνία ομότιμων κόμβων. Η επέκταση αυτή αφορούσε στην υλοποίηση ενός ενεργού μηχανισμού, ειδικού για την υποστήριξη συστημάτων ομότιμων κόμβων. Ειδικότερα, με την επικείμενη επέκταση επιτυγχάνεται: o ο ορισμός σκανδαλιστών που ενεργοποιούνται από την τρέχουσα βάση, αλλά προορίζονται για εκτέλεση σε κάποια απομακρυσμένη, πλην όμως γειτονική της τρέχουσας. o η ενεργοποίηση και η εκτέλεση των παραπάνω σκανδαλιστών o το να καθορίσει ο κατασκευαστής του εκάστοτε σκανδαλιστή τον τρόπο εκτέλεσης του ζεύγους γεγονός πράξη του σκανδαλιστή αυτού. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα γεγονότα που ενεργοποιούν τους σκανδαλιστές είναι απλά. Μία από τις πολύ ενδιαφέρουσες ενέργειες που θα μπορούσαν να γίνουν μελλοντικά θα ήταν η επέκτασή του παραπάνω μηχανισμού και για σύνθετα γεγονότα. Λέξεις Κλειδιά : = <σκανδαλιστής, κατανεμημένοι σκανδαλιστές, PostgreSQL, φδιακοπτόμενος τρόπος, ενεργές βάσεις, σύστημα ομότιμων βάσεων>

6 Η σελίδα αυτή είναι σκόπιμα λευκή.

7 Abstract This thesis is a part of a greater research project that is relevent to peer to peer database systems, the Hyperion project. Hyperion is a recently conceived architecture for peer to peer systems. However, the aim of this thesis is the modification of PostgreSQL - one of the most popular open-source database management systems -, so that it can be used for the interpeer communication in peer database systems. The modification discussed above, is referred to the implementation of an active mechanism, especially conceived for peer to peer systems. After the modification of the PostgreSQL, it will be possible to o Define triggers, that are activated by the current database, but their action is to be executed in another database. The remote database must be a neighbour of the current database. o Activate and execute non local triggers(triggers activated by the current database and whose action is referred to a remote database) o Define the event-action execution coupling mode of the trigger during its definition. It is important, though, that the trigger-activation events are simple. One of the most interesting future work would b the implementation of triggers activated by composite events, or triggers that have more than one actions. Keywords :=<trigger, distributed triggers, PostgreSQL, detached coupling mode, active databases, peer to peer database systems>

8 Η σελίδα αυτή είναι σκόπιμα λευκή.

9 Πίνακας περιεχομένων 1 Εισαγωγή Αντικείμενο της διπλωματικής Οργάνωση του τόμου Δίκτυα Ομότιμων Τι είναι τα δίκτυα Ομότιμων Τύποι Συστημάτων Ομότιμων Τύποι Συστημάτων Ομότιμων Napster Gnutella Freenet Εμπορικά Εργαλεία για τα Συστήματα Ομότιμων FastTrack JXTA Συστήματα Έρευνας Υπηρεσία Hyperion Κεντρικές Έννοιες Τμηματική Δομή : Βασικές Κλάσεις και οι αρμοδιότητές τους Ενεργές Βάσεις Δεδομένων Εισαγωγή Αρχιτεκτονική Ενεργών Βάσεων Δεδομένων O βαθμός ενσωμάτωσης Η αρχιτεκτονική του υποκειμένου συστήματος ΣΔΒΔ...30

10 ii Μοντέλο Δεδομένων και Γλώσσα προγραμματισμού Εγγραφή και Συγκεκριμενοποίηση Κανόνων Επεξεργασία κανόνων Ανάλυση Κανόνων Ανάλυση Τερματισμού Ανάλυση Συνέπειας(Confluence Analysis) Βελτιστοποίηση Βελτιστοποίηση Μεμονωμένων κανόνων Κινούμενοι Περιορισμοί Βελτιστοποίηση πολλών Κανόνων Παρακολούθηση Πολύπλοκων Συνθηκών Κανόνων Υπολογισμός Απόδοσης Λειτουγικότητα ΓΣΠ(γεγονός συνθήκη - πράξη) σε ένα κατανεμημένο περιβάλλον Επίδραση Κατανομής στο Γνωστικό Μοντέλο Επίδραση Κατανομής στο Εκτελεστικό Μοντέλο(Execution Model) PostgreSQL Τι είναι η PostgreSQL Η Εργασία POSTGRES του πανεπιστημίου BERKELEY PostgreSQL Αναλυτικά Στοιχεία Λειτουργίας της Postgres Υλοποίηση Κατανεμημένοι Σκανδαλιστές για την διαχείριση δεδομένων ομότιμων βάσεων Ένα τυπικό Παράδειγμα Κατανεμημένοι Σκανδαλιστές...51

11 iii 5.2 Επέκταση της PostgreSQL Τροποποίηση Εντολής Ορισμού Σκανδαλιστών Τροποποίηση Καταλόγου PostgreSQL Τροποποίηση του Μηχανισμού Εκτέλεσης των Σκανδαλιστών Παράδειγμα Εκτέλεσης Παράδειγμα: Τομέας Υγείας Επίλογος Σύνοψη και συμπεράσματα Μελλοντικές επεκτάσεις Βιβλιογραφία...146

12 iv

13 1 1 Εισαγωγή 1.1 Αντικείμενο της διπλωματικής Τα συστήµατα ή αλλιώς δίκτυα οµοτίµων (peer-2-peer systems/networks) είναι ένα σύνολο από αυτόνοµες πηγές στο ιαδίκτυο οι οποίες συνεισφέρουν τα δεδοµένα τους ή/και την επεξεργαστική τους ισχύ ώστε να υποστηρίζονται καλύτερα διαδικασίες αναζήτησης πληροφοριών αλλά και διαφόρων υπηρεσιών στο ιαδίκτυο. Στις διαδικασίες αναζήτησης συµµετέχουν πολλοί κόµβοι, όπου ο ένας ρωτά κάποιους άλλους για το αν διαθέτουν την ζητούµενη πληροφορία, οι άλλοι κάποιους επόµενους, κ.ο.κ. μέχρι να βρεθεί το ζητούµενο ή και μέρος του. Η διπλωματική αυτή αποσκοπεί στην υλοποίηση ενός τμήματος του συστήματος Hyperion, το οποίο υποστηρίζει μια αρχιτεκτονική αυτόνομων βάσεων που, σε αντίθεση με τις κατανεμημένες βάσεις, χαρακτηρίζεται από: (α) απουσία οποιουδήποτε είδους κεντρικού ελέγχου, (β) απουσία γενικού σχήματος, (γ) παροδικής σύνδεσης των συμμετεχόντων συστημάτων διαχείρισης βάσεων δεδομένων, (δ) ύπαρξη κανόνων συντονισμού μεταξύ των βάσεων καθώς και (ε) από την δυνατότητα δυναμικής συμμετοχής των ομότιμων βάσεων. Το σύστημα αυτό αποσκοπεί στην επίτευξη δύο μεγάλων στόχων: Την συγκεκριμενοποίηση (specification) και τη διαχείριση πληροφοριών που αναφέρονται στα δεδομένα, με τη μορφή mapping πινάκων, οι οποίοι θα καθιστούν

14 2 εφικτό το μοίρασμα δεδομένων μεταξύ ετερογενών και δεδομένων. αυτόνομων βάσεων Την ενίσχυση του συμβατικού ΣΔΒΔ με ένα P2P στρώμα, το οποίο θα επιτρέπει την αλληλεπίδραση μεταξύ των διαφόρων ετερογενών κόμβων του συστήματος. Αρχικά, λοιπόν μέσα στο πλαίσιο της διπλωματικής, θα επεκτείνουμε την PostgreSQL σε ότι αφορά στους triggers της, με κατανεμημένα ενεργά συστατικά έτσι ώστε να είναι δυνατή η χρησιμοποίησή τους σε περιβάλλον ομότιμων βάσεων δεδομένων. Πρόκειται για κανόνες γεγονότος-ενέργειας, οι οποίοι συνδέονται με συγκεκριμένο πίνακα και ενεργοποιούνται από εντολές ενημέρωσης, εισαγωγής και διαγραφής στον πίνακα αυτό. Χαρακτηριστικό είναι δε ότι αυτοί θα μπορούν να εκτελούνται σε βάσεις διαφορετικές από αυτές στις οποίες ορίζονται και που σχετίζονται έτσι μαζί τους. Οι σκανδαλιστές αυτοί συνδυάζονται με πίνακες αντιστοίχισης (mapping tables) για να επιτύχουμε τον συντονισμό ανταλλαγής δεδομένων μεταξύ των διαφόρων κόμβων και τη διάδοση των απαραίτητων ενημερώσεων μεταξύ των «σχετιζόμενων» κόμβων. Ένα δεύτερο θέμα που θα μας απασχολήσει είναι η αντιμετώπιση της παροδικότητας των βάσεων που συναποτελούν κάθε φορά το σύστημα των ομότιμων. Ο γρήγορα μεταβαλλόμενος σε σύνθεση χαρακτήρας των συστημάτων αυτού του είδους έχει πολλές συνέπειες στην εκτέλεση των σκανδαλιστών. Σημειώνουμε ότι κατά την είσοδο ενός κόμβου στο δίκτυο των ομότιμων δημιουργούνται πίνακες μάσκες που καθιστούν εφικτή την μετατροπή των δεδομένων από τον έναν κόμβο στον άλλο και μέσω αυτού την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ τους. Αυτό βέβαια συμβαίνει μόνο για τους σχετιζόμενους μεταξύ τους κόμβους όχι απαραίτητα προς κάθε κόμβο της βάσης. Ειδικότερα και ως ένα μέσο εξομάλυνσης των προβλημάτων που ανακύπτουν λόγω της μεταβλητότητας της σύνθεσης του συστήματος των ομότιμων εισάγουμε τον διακοπτόμενο τρόπο εκτέλεσης της ενέργειας των σκανδαλιστών(detached mode). Εργαλεία που θα χρησιμοποιηθούν : Ο ενεργός µηχανισµός θα προκύψει µε κατάλληλες αλλαγές στον ήδη υπάρχοντα ενεργό µηχανισµό της PostgreSQL, ο κώδικας του οποίου διατίθεται ελεύθερα. Πιο συγκεκριμένα, μετά την επικείμενη επέκταση θα είναι δυνατόν: Να ορίσουμε σκανδαλιστές (triggers) που ενεργοποιούνται από κάποιο γεγονός (event) πράξη (ενημέρωση, εισαγωγή, διαγραφή) στην τρέχουσα βάση ενώ η αντίστοιχη πράξη (action) αναφέρεται είτε στην τοπική βάση είτε σε κάποια άλλη ομότιμη βάση άμεσα συνδεδεμένη με την τοπική στο επίπεδο του δικτύου ομότιμων. Να φροντίσουμε για την εκτέλεση των πράξεων (actions) πάνω στην τρέχουσα βάση των triggers που ορίζονται από κάποια άλλη βάση.

15 3 Να καθορίσει ο χρήστης κατά τη δημιουργία των triggers τη σχετική με την επικύρωση των δοσοληψιών χρονική στιγμή εκτέλεσης των πράξεων στις άλλες βάσεις. Εκτός από τον αναβαλλόμενο(deferred) και τον άμεσο (immediate) τρόπο εκτέλεσης του ζεύγους γεγονός-πράξη τώρα εισάγεται και ο διακοπτόμενος (detached). Ο τελευταίος αφορά στην εκτέλεση των απομακρυσμένων πράξεων (σχετικά με την βάση στην οποία ορίζεται ο trigger) μετά το τέλος της δοσοληψίας στην οποία ανήκει το γεγονός του trigger Μέσα στα πλαίσια της διπλωματικής αυτής, λοιπόν, θα επεκτείνουμε την PostgreSQL προκειμένου να μπορεί να υποστηρίζει την επικοινωνία δύο ομότιμων κόμβων - εφόσον αυτοί γειτνιάζουν - και κυρίως την διάδοση οποιασδήποτε αλλαγής γίνεται σε κάποιον από αυτούς με τη βοήθεια σκανδαλιστών. Στο κεφάλαιο 2 παρουσιάζουμε μία σύντομη ανασκόπηση των συστημάτων ομότιμων, τον ορισμό τους, περιγράφουμε τον τρόπο λειτουργίας ορισμένων από τα πιο διαδεδομένα συστήματα ομότιμων αλλά και μία νέα αρχιτεκτονική που προτείνεται για τα δίκτυα ομότιμων, το Hyperion. Στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται μία σύντομη αναφορά στις ενεργές βάσεις δεδομένων, τoυς κανόνες γεγονότος συνθήκης πράξης (Event Condition - Action),τον τρόπο λειτουργίας τους, αλλά και διαδεδομένες αρχιτεκτονικές τους. Στο επόμενο κεφάλαιο(4) παρουσιάζεται η PostgreSQL, τα βασικά της χαρακτηριστικά, ο τρόπος λειτουργίας της και κάποια ιστορικά στοιχεία. Στο κεφάλαιο 5 γίνεται αναλυτική περιγραφή των τροποποιήσεων που εισαχθήκανε στην PostgreSQL. 1.2 Οργάνωση του τόμου Το παρόν σύγγραμμα αποτελεί μια λεπτομερή αναφορά της τροποποίησης της PostgreSQL που επεκτείνει τις λειτουργίες της σε συστήματα ομότιμων Βάσεων. Στην πρώτη ενότητα(κεφάλαιο 1) περιγράφεται εν συντομία το θέμα της διπλωματικής εργασίας και το γενικότερο πλαίσιο στο οποίο εντάσσεται αυτή. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια αρκετά εκτενής αναφορά στα δίκτυα ομότιμων. Αρχικά παρέχεται ένας αφαιρετικός ορισμός τους και παρουσιάζονται οι βασικές αρχές που διέπουν την λειτουργία τους. Εν συνεχεία παρουσιάζονται διαδεδομένα συστήματα ομότιμων και δίνονται κάποια στοιχεία της λειτουργίας τους. Στην υποπαράγραφο 2.4 περιγράφονται εμπορικά συστήματα που χρησιμοποιούνται στις ερευνητικές προσπάθειες τις σχετικές με συστήματα ομότιμων. Στην τελευταία υποπαράγραφο γίνεται μια εκτενής παρουσίαση του Hyperion, μίας νέας αρχιτεκτονικής για τα ομότιμα δίκτυα, μέσα στα πλαίσια του οποίου εντάσσεται και η διπλωματική αυτή.

16 4 Το τρίτο κεφάλαιο αποτελεί μια εκτενή αναφορά στις ενεργές βάσεις και στα χαρακτηριστικά τους. Ειδικότερα, αναφερόμαστε στην αρχιτεκτονική τους, στους κανόνες γεγονός-συνθήκηπράξη που υποστηρίζουν, στην βελτιστοποίησή της εκτέλεσης τους (..), στους παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοσή τους, στην λειτουργικότητά τους, ενώ στο τέλος γίνεται και μια σύγκριση με τις παθητικές βάσεις. Στο τέταρτο κεφάλαιο θα μας απασχολήσει ιδιαίτερα η PostgreSQL. Εδώ δίνονται αναλυτικές πληροφορίες για τον τρόπο με τον οποίο δομείται και λειτουργεί. Το κεφάλαιο αυτό αποτελεί ουσιαστικά ένα εισαγωγικό για το πέμπτο στο οποίο περιγράφεται αναλυτικότατα η επέκταση της PostgreSQL αλλά και η σημασία της επέκτασης αυτής. Στο έκτο κεφάλαιο δίνεται ένα εκτενές παράδειγμα εφαρμογής της επικείμενης επέκτασης, το οποίο δείχνει και την σημασία αυτής. Τέλος, στο έβδομο κεφάλαιο, παρουσιάζονται πιθανές επεκτάσεις της δοθείσας διπλωματικής, ενώ στο τελευταίο παρουσιάζεται η βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε για το εν λόγω βιβλίο.

17 5 2 Δίκτυα Ομότιμων Στα μεγάλα κατανεμημένα συστήματα επιπέδου διαδικτύου, όπως το World Wide Web, κάνουν την εμφάνισή τους οι συνέπειες του τυποποιημένου πρότυπου πελάτη εξυπηρετητή: Ατομικές πηγές συγκεντρώνονται σε έναν ή σε ένα μικρό αριθμό κόμβων και προκειμένου να παρέχουν πρόσβαση σε αυτές με αποδεκτούς χρόνους απόκρισης, είναι απαραίτητο να εφαρμοστούν εξειδικευμένες τεχνικές εξισορρόπησης φορτίου και αλγόριθμοι ανεκτοί σε σφάλματα. Το ίδιο ισχύει για το εύρος ζώνης δικτύων το οποίο ενισχύει αυτό το σενάριο δυσχερειών. Αυτά τα δύο κύρια προβλήματα παρακίνησαν τους ερευνητές να βρουν εφαρμογές που υποστηρίζουν την κατανεμημένη επεξεργασία τόσο του φορτίου όσο και του εύρους ζώνης δικτύου, μεταξύ των κόμβων που συμμετέχουν σε ένα κατανεμημένο σύστημα πληροφοριών. Αυτό λύνει τα προβλήματα συμφόρησης (bottleneck) από τη μια μεριά, αλλά από την άλλη απαιτεί αλγορίθμους με πολύ μεγαλύτερη πολυπλοκότητα, δημιουργώντας έτσι πρόσθετα προβλήματα ασφάλειας. Στο κεφάλαιο, λοιπόν, αυτό θα αναφερθούμε εκτενώς στα συστήματα ομότιμων, ένα είδος δικτύου που αποτελεί το πιο αντιπροσωπευτικό παράδειγμα κατανεμημένων συστημάτων. Ειδικότερα, θα μελετήσουμε τον τρόπο με τον οποίο δημοφιλή συστήματα που υλοποιούν την λογική των συστημάτων ομότιμων λειτουργούν, θα αναφερθούμε σε ερευνητικά προγράμματα που γίνονται πάνω σε τέτοιου είδους συστήματα και θα περιγράψουμε και μία

18 6 νέα προτεινόμενη αρχιτεκτονική για την επικοινωνία των ομότιμων κόμβων, στο πλαίσιο της οποίας εντάσσεται και αυτή η διπλωματική. 2.1 Τι είναι τα δίκτυα Ομότιμων Σε έναν δίκτυο ομότιμων κόμβων κάθε συμμετέχων κόμβος ενεργεί και ως πελάτης και ως εξυπηρετητής. Ο κόμβος αυτός αποπληρώνει τη συμμετοχή του στο δίκτυο προσφέροντας πρόσβαση σε κάποιες από τις πηγές του, μέρος της επεξεργαστικής του ισχύος ή/και ένα μέρος του δίσκου του. Αν και αυτή η ιδέα είναι πολύ συνηθισμένη και εμφανίζεται σε όλα τα συστήματα ομότιμων βάσεων, τα τελευταία διαφέρουν αρκετά στην υποκείμενη αρχιτεκτονική τους. Ένας χονδροειδής και αρκετά διαισθητικός ορισμός ενός P2P συστήματος δίνεται από τον Clay Shirkey (The Accelerator Group). Τα δίκτυα ομότιμων βάσεων είναι μια κατηγορία εφαρμογών που εκμεταλλεύονται το «απόθεμα πηγών», το περιεχόμενο αλλά και την ανθρώπινη παρουσία που υπάρχει στα άκρα του Διαδικτύου. Επειδή η πρόσβαση σε αυτούς τους αποκεντρωμένους πόρους συνεπάγεται λειτουργία (operating) των κόμβων - σε ένα περιβάλλον ασταθούς συνδεσιμότητας και απρόβλεπτων διευθύνσεων IP, οι ομότιμοι κόμβοι πρέπει να λειτουργούν έξω από το DNS και να διαθέτουν σημαντική ή ολική αυτονομία από τους κεντρικούς εξυπηρετητές. Κατά συνέπεια ένα P2P σύστημα μπορεί να θεωρηθεί ως δίκτυο επιπέδου εφαρμογής πάνω από το διαδίκτυο. Για να μπορούμε να αποφανθούμε γρήγορα για το εάν ένα δεδομένο σύστημα είναι P2P υπό την έννοια Shirkey μπορούμε να κάνουμε τις παρακάτω ερωτήσεις: Δίνει το σύστημα στους τερματικούς κόμβους του δικτύου σχετική αυτονομία; Επιτρέπει το σύστημα την μεταβλητή συνδεσιμότητα των κόμβων και προσωρινές διευθύνσεις δικτύου; Εννοιολογικά, θα μπορούσαμε να προσδιορίσουμε διάφορες αρχές που διέπουν τα P2P συστήματα: Η αρχή του μοιράσματος των πόρων (sharing resources) όλα P2P συστήματα περιλαμβάνουν μια πτυχή της κοινής εκμετάλλευσης πόρων, όπου οι πόροι μπορούν να είναι φυσικοί πόροι, όπως το εύρος ζώνης δικτύων ή μέρος του δίσκου, καθώς επίσης και λογικοί πόροι, όπως υπηρεσίες ή διαφορετικοί τύποι γνώσης. Με τη διανομή των πόρων μπορούν να εκτελεστούν εφαρμογές οι οποίες δεν θα μπορούσαν να οργανωθούν από έναν ενιαίο κόμβο. Αυτό ήταν η βασική κινητήρια ιδέα για ένα P2P σύστημα όπως το Napster.

19 7 Η αρχή της διοικητικής αποκέντρωσης: αυτό είναι μια άμεση συνέπεια του μοιράσματος των πόρων. Τα μέρη του συστήματος ή ακόμα και ολόκληρου του συστήματος δεν διαχειρίζονται πλέον κεντρικά. Η διοικητική αποκέντρωση είναι ιδιαίτερα σημαντική προκειμένου να αποφευχθούν αποτυχίες ή συμφορήσεις απόδοσης στο σύστημα. Παραδείγματα από πλήρως αποκεντρωμένα συστήματα είναι το Gnutella και το Freenet. Η αρχή της αυτόνομης οργάνωσης (self-organization): όταν ένα P2P σύστημα είναι πλήρως αποκεντρωμένο, δεν υφίσταται πλέον κόμβος που να μπορεί να συντονίσει κεντρικά τις διάφορες δραστηριότητες ή μια βάση δεδομένων που να αποθηκεύει τις γενικές(global) πληροφορίες για το σύστημα. Επομένως οι κόμβοι πρέπει να οργανωθούν ατομικά, μόνοι τους, βασισμένοι κυρίως σε όποιες τοπικές πληροφορίες είναι διαθέσιμές, αλληλεπιδρώντας ταυτόχρονα με τους γειτονικούς τους κόμβους (neighbours). Η γενική(global) συμπεριφορά προκύπτει, με τον τρόπο αυτό, ως το αποτέλεσμα των επιμέρους τοπικών συμπεριφορών που πραγματοποιούνται. Επιπρόσθετα, το P2P σύστημα λαμβάνει υπόψη συχνά και άλλες ποιοτικές απαιτήσεις, όπως το ενδιαφέρον των συμμετεχόντων για την διατήρηση της ανωνυμίας τους αλλά και του γεγονότος ότι οι κόμβοι στο σύστημα P2P είναι συνήθως αναξιόπιστοι. 2.2 Τύποι Συστημάτων Ομότιμων Η ιδέα κατασκευής ενός συστήματος ομότιμων βάσεων υπήρχε ακόμη πριν τα συστήματα καταμερισμού αρχείων, όπως το Napster, το Gnutella, και το FreeNet να κάνουν τη χρήση των πρώτων τόσο δημοφιλή. Στην πραγματικότητα, Στην πραγματικότητα, πολλά καθιερωμένα συστήματα βασίζονται σε παρόμοια θεμέλια. Στην περιοχή των δικτύων το ίδιο το Διαδίκτυο (Arpanet) ήταν ένα από τα πρώτα συστήματα ομότιμων: κάθε ξένιος υπολογιστής του Διαδικτύου (host) μπoρεί να ζητά και να παρέχει υπηρεσίες Telnet/FTP σε οποιονδήποτε άλλο υπολογιστή (host) σε άλλο μέρος του διαδικτύου. Επίσης, τα πιο πρόσφατα κινητά ασύρματα δίκτυα υιοθετούν πάλι τη μέθοδο των ομότιμων συστημάτων. Στα κατανεμημένα συστήματα βάσεων δεδομένων όπως το σύστημα Mariposa, εκτίθενται πολλές ιδιότητες των ομότιμων συστημάτων όπως άλλωστε και πολλά συστήματα ηλεκτρονικού εμπορίου, πχ. ebay, B2B αγορές ή B2B εξυπηρετητές ολοκλήρωσης. Όπως γίνεται κατανοητό από τα παραπάνω παραδείγματα, η νοοτροπία των δικτύων ομότιμων βάσεων μπορεί στην πραγματικότητα να εφαρμοστεί σε διάφορα επίπεδα συστημάτων όπως φαίνεται στο σχήμα 21.

20 8 Χρήστης χρησιμοποιεί QoS Εφαρμογή εξελίσσει QoS εξελίσσει QoS Διαχείριση Πληροφοριών Δίκτυο QoS. Σχήμα 2.1: Επίπεδα Συστήματος που υιοθετούν τα χαρακτηριστικά των συστημάτων ομότιμων βάσεων. Όπως προαναφέρθηκε, το στρώμα δικτύου, όπως π.χ. το διαδίκτυο, είναι ουσιαστικά ένα δίκτυο ομότιμων. Στο στρώμα διαχείρισης πληροφορίας, οι κατάλογοι και οι βάσεις δεδομένων είναι δυνατόν να είναι είτε κεντροποιημένοι είτε κατανεμημένοι όπως στα P2P συστήματα. Ένα παράδειγμα τέτοιου συστήματος είναι αυτά του ηλεκτρονικού εμπορίου και πιο συγκεκριμένα το στρώμα εφαρμογής αυτών. Επιπλέον, όπως όλοι μπορούμε να καταλάβουμε, το στρώμα χρηστών, δηλ. το εμπόριο, η κοινωνία, κ.λ.π., είναι ένα σύστημα ομότιμων κόμβων. Συνεπώς απαιτείται προσεκτική ανάλυση για κάθε P2P σύστημα, για τον προσδιορισμό του επιπέδου του συστήματος στο οποίο εφαρμόζεται το λογική των ομότιμων συστημάτων. Ο Πίνακας 1 παρουσιάζει την ανάλυση αυτή για τέσσερα καθιερωμένα συστήματα, συμπεριλαμβανομένου του Napster, του Gnutella και του FreeNet.

21 9 P2P αλληλεπίδραση χρήστη P2P εφαρμογή P2P πληροφορίες διαχείρισης ebay Ναι Όχι Όχι Napster Ναι Ναι Όχι Gnutella Ναι Ναι Ναι Freenet Ναι Ναι Ναι Πίνακας 1: Επίπεδα εφαρμογής της ομότιμης λογικής σε δημοφιλή συστήματα 2.3 Τύποι Συστημάτων Ομότιμων Από την εμφάνιση του P2P προτύπου, τίθενται σε λειτουργία ολοένα και περισσότερα P2P συστήματα αλλά και συστήματα που εκμεταλλεύονται την P2P προσέγγιση : Akamai, FastTrack, DFSI, Gnutella, E-Donkey, Intermemory, imesh, Alpine, Aimster, Napster, Freenet, Gnutmeg, OFSI, Farsite India, OceanStore, Chord, CAN, JXTA, Gridella, Tornado, κ.λπ. Αν και μόνο λίγα από αυτά είναι διαδεδομένα, αυτό δείχνει ότι τα ομότιμα δίκτυα είναι ένα πολύ σημαντικό θέμα, τόσο για τους ερευνητές όσο και για τους χρήστες Napster Το Napster είναι το πιο δημοφιλές σύστημα ομότιμων βάσεων. Έγινε διάσημο ως σύστημα ανταλλαγής μουσικών κομματιών που πρόσφερε πρόσθετα και άλλες υπηρεσίες αρεστές στους χρήστες. Ο Napster καταδικάστηκε να αποχωρήσει από την επιχείρηση λόγω παραβίασης των πνευματικών δικαιωμάτων των κομματιών αυτών. Ωστόσο, παρόλο που στη συνέχεια ανέλαβε, την επιχείρηση ο Bertelsmann, ακόμα δεν έχει κερδίσει την αρχική του δημοτικότητα. Από τεχνικής άποψης το Napster είναι ένα αρκετά απλό σύστημα ομότιμων βάσεων: Ο Napster εξυπηρετητής διατηρεί μια κεντρική βάση δεδομένων όλων των αρχείων μουσικής MP3/WMA που προσφέρονται από τους προσωρινά συμμετέχοντες κόμβους. Οι πελάτες (ορολογία Napster) συνδέονται με τον εξυπηρετητή και στέλνουν σε αυτόν τον κατάλογο αρχείων που μπορούν να προσφέρουν (τεχνοτροπία C/S). Οι νέοι χρήστες πρέπει πρώτα να δημιουργήσουν έναν λογαριασμό χρήστη με τον εξυπηρετητή του Napster ειδικά για αυτόν το λόγο. Κάθε πελάτης μπορεί να στείλει τα αιτήματα της αναζήτησης του στον εξυπηρετητή του Napster και να λάβει έτσι τη λίστα των πελατών που μπορούν να προσφέρουν ένα αρχείο που ταιριάζει με την τα στοιχεία της επερώτησης που έγινε(c/s). Ο αιτών μπορεί να επιλέξει

22 10 από αυτόν τον κατάλογο, έναν πελάτη και να ζητήσει από αυτόν να του μεταφορτώσει το ίδιο το αρχείο (τεχνοτροπία P2P). Κατά συνέπεια ο Napster δεν είναι γνήσιο P2P σύστημα αλλά ένας συνδυασμός P2P και πελάτη/εξυπηρετητή τεχνοτροπίας. Σχήμα 2.2: Διαδικασία εγγραφής και μεταφόρτωσης αρχείου στο Napster Η κεντρική βάση δεδομένων του Napster αποφεύγει πολλά από τα προβλήματα άλλων P2P συστημάτων σχετικά με τη δρομολόγηση των ερωτήσεων. Επίσης, η αναζήτηση είναι μάλλον γρήγορη κυρίως επειδή ο Napster εξυπηρετητής τρέχει σε ένα «αγρόκτημα» εξυπηρετητών. Λόγω της απλοϊκής αυτής προσέγγισης μπορεί να δοθεί ένα άνω όριο για τη διάρκεια των επερωτήσεων και η μοντελοποίηση του Napster είναι εύκολη δεδομένου ότι η τοπολογία και τα χαρακτηριστικά του γνωρίσματά είναι γνωστά. Εντούτοις, περιορίζει την εξελιξιμότητα του συστήματος και είναι ένα μοναδικό σημείο αποτυχίας που σε περίπτωση που συμβεί, καθιστά το σύστημα απολύτως δυσλειτουργικό. Το πρωτόκολλο που χρησιμοποιεί το Napster σε αυτές τις αλληλεπιδράσεις δεν δημοσιεύθηκε ποτέ. Υπάρχουν μόνο ορισμοί πρωτοκόλλων όπως αυτά έχουν επανακατασκευαστεί από τα δείγματα του πρωτοκόλλου. Αντίθετα από άλλα συστήματα το Napster χρησιμοποιεί ένα απλά δομημένο σχήμα για τις επερωτήσεις χωρίς να εξετάζει τη φήμη των ομότιμων κόμβων Gnutella Ο Gnutella είναι μια χαρακτηριστική επιτυχημένη περίπτωση Διαδικτύου. Αναπτύχθηκε αρχικά σε ένα 14ήμερο quick hack από το Nullsoft (winamp) και αποσκοπούσε στο να κάνει πιο εύκολη την ανταλλαγή συνταγών. Ο υπεύθυνος για την ανάπτυξη του συστήματος αυτού τον δημοσίευσε στον εξυπηρετητή διαδικτύου Nullsoft έχοντας πάρει την άδεια ευρέος κοινού (GNU GPL). Μετά από μερικές ώρες AOL, ο ιδιοκτήτης του Nullsoft, συνειδητοποιώντας τις δυνατότητές του, απαίτησε να αφαιρεθεί από τον εξυπηρετητή.

23 11 Εντούτοις, αυτός ο σύντομος χρόνος που ο Gnutella ήταν σε απευθείας σύνδεση στο διαδίκτυο, ήταν αρκετός για να τον μεταφορτώσουν πολλοί. Το πρωτόκολλο ήταν μηχανικό αντίστροφο και πολύ γρήγορα, αφού έγινε δυνατή η διάθεση πελατών τρίτης κατηγορίας και ο Gnutella έκανε την εμφάνισή του, καθιερώθηκε. Από τεχνικής άποψης το σύστημα Gnutella είναι ένα αποκεντρωμένο σύστημα διαμοιρασμένων αρχείων, του οποίου οι συμμετέχοντες κόμβοι διαμορφώνουν ένα ιδεατό δίκτυο επικοινωνώντας με ένα τρόπο που προσομοιάζει το δίκτυο των ομότιμων μέσω του πρωτοκόλλου Gnutella. Το τελευταίο είναι ένα απλό πρωτόκολλο για τη κατανεμημένη αναζήτηση αρχείων Για να συμμετέχει στο Gnutella ένας κόμβος πρέπει να συνδεθεί με ένα γνωστό του κόμβο που συμμετέχει στο Gnutella. Ειδικοί εξυπηρετητές παρέχουν λίστες με ξένιους υπολογιστές(hosts), με τους οποίους ο νέος κόμβος μπορεί να συνδεθεί για να συμμετέχει στο Gnutella. Το τελευταίο όμως ξεφεύγει από τις προδιαγραφές του Gnutella. Το ίδιο το πρωτόκολλο αποτελείται από πέντε (5) διαφορετικούς τύπους μηνυμάτων, που φαίνονται στον πίνακα 2. Τύπος Ping Pong Query Περιγραφή Ανακοίνωση Διαθεσιμότητας Απόκριση σε ένα Ping μήνυμα Αίτημα αναζήτησης QueryHit Θετική απόκριση σε αίτημα αναζήτησης Push Μεταφορτώσεις αιτημάτων για εξυπηρετητές πίσω από τείχη προστασίας Πίνακας 2: Τύποι Μηνυμάτων του πρωτοκόλλου του Gnutella Αυτά τα μηνύματα δρομολογούνται από όλους τους εξυπηρετητές(servents) χρησιμοποιώντας ένα μηχανισμό περιορισμένης ραδιοφωνικής μετάδοσης. Κατά την παραλαβή ενός μηνύματος οι εξυπηρετητές μειώνουν το χρόνο ζωής του μηνύματος κατά ένα. Εάν το πεδίο «χρόνος που απομένει» (TTL) είναι μεγαλύτερο από 0 και δεν έχει δει το αναγνωριστικό του μηνύματος προηγουμένως, (ανίχνευση βρόχων) στέλνει εκ νέου το μήνυμα σε όλους τους ομότιμους κόμβους που ξέρει. Επιπλέον, ο εξυπηρετητής ελέγχει αν πρέπει να αποκριθεί στο μήνυμα : Εάν λάβει ένα μήνυμα επερώτησης, ελέγχει τον τοπικό κατάλογο αρχείων του και εάν μπορεί να ικανοποιήσει το αίτημα, αποκρίνεται με ένα μήνυμα QueryHit. Οι αποκρίσεις δρομολογούνται κατά μήκος της ίδιας πορείας με τα αρχικά μηνύματα.

24 12 Μία απλουστευμένη διεργασία δρομολόγησης στο Gnutella έχει ως εξής: Ο εξυπηρετητής Α συνδέεται με τον εξυπηρετητή B και στέλνει ένα μήνυμα PING. Το B αποκρίνεται με ένα PONG και διαβιβάζει το PING περαιτέρω (π.χ., το διαβιβάζει στους ομότιμους κόμβους C και D που αποκρίνονται με ένα άλλο μήνυμα PONG, και ούτω κάθε εξής). Μετά από κάποιο χρόνο ο Α ξέρει διάφορους εξυπηρετητές και το αντίστροφο - οι υπόλοιποι εξυπηρετητές γνωρίζουνε τον Α. Το σχήμα 2.3 επιδεικνύει πώς αυτός ο μηχανισμός ανακοίνωσης/δρομολόγησης λειτουργεί. Ο Α δρομολογεί τα μηνύματα όπως περιγράφηκε παραπάνω και τώρα είναι σε θέση να αρχίσει τις επερωτήσεις. Όταν παραλάβει ένα μήνυμα QueryHit για μια από τις ερωτήσεις του, προσπαθεί να συνδεθεί άμεσα με τον εξυπηρετητή που καθορίζεται μέσα στο μήνυμα QueryHit, χρησιμοποιώντας μία απλουστευμένη HTTP GET αλληλεπίδραση για να ανακτήσει το αρχείο. Σε περίπτωση που ο κόμβος που ρωτάται έχει ενεργοποιημένο τείχος ασφαλείας, υπάρχει περίπτωση να στείλει ένα μήνυμα Push (μέσω της διαδρομής που έλαβε το QueryHit) στον προστατευόμενο εξυπηρετητή. Το μήνυμα ώθησης (PUSH) διευκρινίζει, πώς ο εξυπηρετητής μπορεί να έρθει σε επαφή με τον εξυπηρετητή στον οποίο απευθύνεται το ερώτημα για να τρέξει μία «παθητική» GET σύνοδο. Εάν και οι δύο εξυπηρετητές έχουν ενεργοποιημένο τείχος ασφάλειας, η μεταφόρτωση είναι αδύνατη. Από τη σκοπιά του χρήστη, το Gnutella είναι ένα απλό αλλά και αποτελεσματικό πρωτόκολλο: ο ρυθμός επιτυχίας για τις επερωτήσεις αναζήτησης είναι λογικά υψηλός, είναι ανεκτικό σε λάθη εξαιτίας αποτυχιών των εξυπηρετητών και προσαρμόζεται πολύ καλά σε δυναμικά εναλλασσόμενους ομότιμους κόμβους. Ωστόσο, από την πλευρά του δικτύου, αυτό έχει ως αποτέλεσμα την χρησιμοποίηση μεγάλου εύρους ζώνης συχνοτήτων : Τα αιτήματα αναζήτησης εκπέμπονται σε όλους τους κόμβους του δικτύου και κάθε κόμβος που λαμβάνει ένα τέτοιο αίτημα ερευνά την τοπική του βάση για πιθανές επιτυχίες Η κατανομή των ερωτήσεων και των δεδομένων Πρόσφατα πειράματα έδειξαν ότι σε ένα περιβάλλον πραγματικού κόσμου, η κίνηση δικτύου του Gnutella συσσωρεύει μέχρι και 3.5Mbps (ή ερωτήσεις σε 2,5 ώρες). Προκειμένου να διορθώσει αυτήν την κατάσταση, η αναφορά προτείνει να εφαρμόσει τέτοιου είδους εναποθήκευση που μειώνει την κίνηση αρκετά. Τα πειράματά τους δείχνουν ότι τα πολύ δημοφιλή έγγραφα είναι περίπου εξίσου δημοφιλή και ότι η πρόσβαση στα λιγότερο δημοφιλή έγγραφα ακολουθεί μια κατανομή τύπου Zipf, π.χ η πιθανότητα εμφάνισης μιας επερώτησης για την i-οστή πιο δημοφιλή επερώτηση είναι ανάλογη προς 1/iα. Αυτό είναι παρόμοιο με τις πιθανότητες πρόσβασης των εγγράφων του διαδικτύου, οι οποίες ακολουθούν επίσης μια Zipf-ομοειδή διανομή. Έτσι, μπορεί κανείς να ισχυριστεί ότι η

25 13 εναποθήκευση είναι δυνατόν να εφαρμοστεί και στο Gnutella και αυτή η υπόθεση επιβεβαιώνεται χρησιμοποιώντας έναν αυξημένων δυνατοτήτων πελάτη Gnutella που χρησιμοποιεί εναποθήκευση Τοπολογία Δικτύου Επίσης, δεν μπορεί να δοθεί καμία εκτίμηση για τις διάρκειες των ερωτήσεων και καμία πιθανότητα επιτυχούς αναζήτησης. Πολύ λίγα είναι γνωστά για την τοπολογία του δικτύου Gnutella που θα παρείχε ένα ακριβές μαθηματικό μοντέλο και θα βοηθούσε την ανάπτυξη αποδοτικών αλγορίθμων που εκμεταλλεύονται τις δομικές του ιδιότητες. Σαν πρώτο βήμα, μια πρόσφατη μελέτη που μελετούσε την τοπολογία του Gnutella, δείχνει ότι το Gnutella διαθέτει έντονες ιδιότητες μικρού κόσμου Ελεύθερη Ανάβαση (Free Riding) Εκτός από αυτά τα τεχνικά προβλήματα, υπάρχουν και άλλα θέματα, μη τεχνικά όπως το Free Riding- που προκαλούν το Gnutella. Free Riding σημαίνει ότι οι περισσότεροι χρήστες Gnutella δεν παρέχουν αρχεία προς μοίρασμα ή προσφέρουν πολύ λίγα και από αυτά μόνο ένας πολύ περιορισμένος αριθμός αρχείων είναι ενδιαφέροντα. Η ερευνα που επεξεργάζεται η αναφορά [ 2 ] παρουσιάζει ότι το 66% των χρηστών Gnutella δεν μοιράζονται κανένα αρχείο και σχεδόν το 47% όλων των αποκρίσεων προέρχονται από το 1% των οικοδεσποτών που μοιράζονται τα περισσότερα αρχεία. Αυτό το κοινωνικό πρόβλημα αρχίζει να μετασχηματίζει Gnutella σε ένα σύστημα τύπου πελάτη εξυπηρετητή που μπορεί σύντομα να πρέπει να αντιμετωπίσει τα τεχνικά (υποβάθμισης αποδοτικότητας, ευπάθεια, κ.λ.π...) και νομικά προβλήματα του Napster. Δύο αποτελέσματα αυτής της μελέτης δίνονται παρακάτω : Από hosts: 22,084 (66%) των ομότιμων δεν μοιράζονται κανένα αρχείο 24,347 (73%) μοιράζονται δέκα ή λιγότερα αρχεία Το 1%(333) των κόμβων που μοιράζονται τα περισσότερα αρχεία, μοιράζονται το 37% ( ) των συνολικών μοιραζόμενων αρχείων Το 5%(1667) των κόμβων που μοιράζονται τα περισσότερα αρχεία, μοιράζονται το 70% ( ) των συνολικών αρχείων. Το 10%(3.334) των κόμβων που μοιράζονται τα περισσότερα αρχεία, μοιράζονται το 87% ( ) των συνολικών αρχείων. Από hosts:

26 14 Το 1% των σελίδων που παρέχουν τις περισσότερες απαντήσεις, παρέχουν το 47% των συνολικών απαντήσεων. Το 25% των σελίδων που παρέχουν τις περισσότερες απαντήσεις, παρέχουν το 98% των συνολικών απαντήσεων. 7,349 (63%) δεν παρέχουν ποτέ μια απάντηση σε ερώτηση Ένα άλλο «κοινωνικό» ζήτημα, για το οποίο δεν παρέχεται καμία μέριμνα από το Gnutella, είναι η φήμη: Σε ένα σύστημα ομότιμων κόμβων, οι ομότιμοι κόμβοι πρέπει συχνά να «συναντήσουν» άγνωστους κόμβους χωρίς καμία δυνατότητα να κρίνουν τη φήμη τους, δηλ., μέχρι ποιο σημείο μπορούν να τους εμπιστευθούν και τα αρχεία που παρέχονται από αυτούς Freenet Το Freenet είναι ένα σύστημα ομότιμων βάσεων για τη δημοσίευση, την αντένσταση και την ανάκτηση αρχείων δεδομένων. Ο κύριος στόχος του είναι να παρέχει μια υποδομή που προστατεύει την ανωνυμία των συντακτών και των αναγνωστών των δεδομένων. Έχει σχεδιαστεί με έναν τρόπο που κάνει αδύνατο τον προσδιορισμό της προέλευσης των αρχείων ή του προορισμού των αιτημάτων. Είναι επίσης δύσκολο για έναν κόμβο να καθορίσει τι αποθηκεύει, δεδομένου ότι τα αρχεία κρυπτογραφούνται όταν στέλνονται και αποθηκεύονται μέσω του δικτύου. Έτσι, σύμφωνα με τον συλλογισμό των σχεδιαστών του FreeNet δεν τίθεται θέμα μήνυσης κανενός ακόμη και αν αυτός ή αυτή π.χ αποθηκεύει ή διανέμει παράνομο περιεχόμενο. Εκτός από την άποψη της προστασίας της ανωνυμίας το σύστημα Freenet ενσωματώνει και μια άλλη ενδιαφέρουσα ιδέα: ένα προσαρμοζόμενο σχέδιο δρομολόγησης για αποτελεσματικές αναζητήσεις δρομολόγησης στις φυσικές τοποθεσίες που είναι περισσότερο πιθανό να εμφανιστούν. Προκειμένου να βελτιωθεί η αποδοτικότητα αναζήτησης, το FreeNet διατηρεί πίνακες δρομολόγησης που ενημερώνονται δυναμικά καθώς συμβαίνουν αναζητήσεις και εισαγωγές νέων στοιχείων. Έτσι, o γράφος του FreeNet εξελίσσεται δυναμικά με το πέρασμα του χρόνου, μέσα από τις ενημερώσεις των πινάκων δρομολόγησης. Για την παραπέρα βελτίωση της απόδοσης της αναζήτησης, το FreeNet χρησιμοποιεί δυναμική απόκριση σε αναζητήσεις των πιο δημοφιλών αρχείων έτσι ώστε τα αρχεία να μπορούν να μεταφέρονται σε ομότιμους όπου είναι περισσότερο πιθανό να βρεθούν. Κατ αυτόν τον τρόπο, το FreeNet δεν χρειάζεται ένα κεντρικό εξυπηρετητή όπως ο Napster, και σε σύγκριση με το Gnutella, αποφεύγει την άσκοπη εκπομπή μηνυμάτων. Όταν ένας ομότιμος κόμβος συνδέεται σε ένα δίκτυο FreeNet πρέπει να γνωρίζει κάποιο υπάρχοντα κόμβο στο δίκτυο (όπως και στο Gnutella). Μέσα από την αλληλεπίδραση του με

27 15 το δίκτυο θα γεμίσει τον πίνακα δρομολόγησής του, ο οποίος είναι αρχικά κενός, και έτσι η δομή του δικτύου του FreeNet θα εξελιχθεί. Οι πίνακες δρομολόγησης στο FreeNet αποθηκεύουν τις διευθύνσεις των γειτονικών ομότιμων κόμβων, τα κλειδιά των στοιχείων δεδομένων που αυτός ο ομότιμος κόμβος αποθηκεύει, και τα αντίστοιχα δεδομένα. Έτσι όταν ένα αίτημα αναζήτησης φθάνει, ο κόμβος αποθηκεύει τα δεδομένα στον πίνακά του και μπορεί αμέσως να απαντήσει στο αίτημα. Διαφορετικά, πρέπει να διαβιβάσει το αίτημα σε έναν άλλο ομότιμο κόμβο. Αυτό γίνεται με την επιλογή εκείνου που έχει το «κοντινότερο» λεξικογραφικά κλειδί. Όταν φθάνει μια απάντηση, ο κόμβος αποθηκεύει την απάντηση στην αποθήκη των δεδομένων του. Εάν η αποθήκη των δεδομένων του είναι ήδη πλήρης, μπορεί να χρειαστεί να διαγράψει άλλες, προηγούμενες καταχωρήσεις. Εδώ η στρατηγική είναι να διαγραφεί η λιγότερο πρόσφατα χρησιμοποιημένη καταχώρηση. O ομότιμος μπορεί να αποφασίσει να εκδιώξει τα στοιχεία που αντιστοιχούν σε ένα κλειδί προτού να εκδιώξει τη διεύθυνση του κόμβου, προκειμένου να εξοικονομήσει χώρο στη μνήμη διατηρώντας παράλληλα τις πληροφορίες δρομολόγησης. Δεδομένου ότι οι κόμβοι καθοδηγούν τα αιτήματα αναζήτησης μόνο στον ομότιμο με το πιο κοντινό κλειδί, το FreeNet εφαρμόζει μια στρατηγική αναζήτησης κατά βάθος παρά μια κατά πλάτος στρατηγική όπως το Gnutella. Για το λόγο αυτό ο χρόνος ζωής των μηνυμάτων είναι ουσιαστικά μεγαλύτερος, χαρακτηριστικά 500. Όπως και στο Gnutella, έτσι και στο FreeNet τα μηνύματα φέρνουν αναγνωριστικά προκειμένου να ανιχνευθούν οι κύκλοι. Το σχήμα 2.3 επεξηγεί τους μηχανισμούς αναζήτησης ελεύθερου δικτύου και την αναδιοργάνωση του δικτύου. Ο ομότιμος Α στέλνει ένα αίτημα αναζήτησης στο Β για το αρχείο X.mp3. Δεδομένου ότι ο χρόνος ζωής είναι 2 και ο C δεν έχει τα δεδομένα, το αίτημα αποτυγχάνει. Έτσι ο Β προωθεί το αίτημα στον D, όπου και βρίσκεται το αρχείο. Κατά την αποστολή της απάντησης που περιέχει το αρχείο X.mp3, το αρχείο εναποθηκεύεται σε όλους τους ενδιάμεσους κόμβους, δηλ., στον Β και τον Α. Επιπλέον ο Α μαθαίνει για τον νέο κόμβο C και εντοπίζει έτσι μια νέα σύνδεση στο δίκτυο. Στη συνέχεια, περιγράφουμε το μηχανισμό ενημερώσεων στο FreeNet. Όταν ένα αρχείο εισάγεται στο δίκτυο του FreeNet, υπολογίζεται αρχικά ένα κλειδί για το αρχείο αυτό. Τα κλειδιά παρουσιάζονται σαν ομοιόμορφα προσδιοριστικά πόρων(urls) τύπου freenet: keytype@data. Στο FreeNet διακρίνουμε πέντε διαφορετικά είδη κλειδιών: κλειδιά υπογεγραμμένα με λέξεις κλειδιά (KSK), κλειδιά επαλήθευσης υπογραφών (SVK),κλειδιά κατακερματισμένου περιεχομένου (CHK). Η πρώτη κατηγορία κλειδιών χρησιμοποιεί ένα σύντομο περιγραφικό κείμενο χρήσης που παρέχεται από το χρήστη προκειμένου να παράγει ένα ζευγάρι δημόσιο/ιδιωτικό κλειδί. Το δημόσιο κλειδί κατακερματίζεται και χρησιμοποιείται ως κλειδί αρχείων, ενώ τα ιδιωτικά κλειδιά χρησιμοποιούνται για να υπογράψουν το αρχείο. Το ίδιο το αρχείο κρυπτογραφείται χρησιμοποιώντας τον

28 16 καθορισμένο από το χρήστη περιγραφέα(descriptor) σαν κλειδί. Για τον εντοπισμό του αρχείου ο χρήστης πρέπει να ξέρει το περιγραφικό κείμενο. Αυτός ο τρόπος της κρυπτογράφησης, που υπογράφει τα αρχεία, παρέχει ένα μέτριο επίπεδο ασφάλειας, καθώς είναι ευάλωτος σε επιθέσεις λεξικού. Τα κλειδιά επαλήθευσης υπογραφών επιτρέπουν τη δημιουργία υποχώρων στο FreeNet, πχ ένα ελεγχόμενο σύνολο κλειδιών. Αυτά λειτουργεούν όμοια με τα κλειδιά υπογεγραμμένα με λέξεις κλειδιά μόνο που αυτό το ζευγάρι ιδιωτικού/δημόσιου κλειδιού παράγεται τυχαία. Σχήμα 2.3: Αναζήτηση στο FreeNet Οι χρήστες που εμπιστεύονται τον ιδιοκτήτη ενός υποχώρου(subspace), εμπιστεύονται επίσης και τα έγγραφα αυτού του υποχώρου, καθώς η προσθήκη ενός έγγραφου σε αυτόν προϋποθέτει γνώση του ιδιωτικού του κλειδιού. Τα κλειδιά κατακερματισμένου περιεχομένου παράγονται με κατακερματισμό του περιεχομένου του αρχείου. Αποτελούν έτσι ένα τρόπο ελέγχου της αξιοπιστίας (integrity) του αρχείου αυτού. Αφότου δημιουργηθεί ένα κλειδί, ενημερώνονται οι γείτονες του τρέχοντος κόμβου μέσω μηνυμάτων εισαγωγής. Στη συνέχεια, κάθε ένας από αυτούς τους γείτονες κόμβους ελέγχει εάν έχει ήδη καταχωρημένο τοπικά το προτεινόμενο κλειδί. Εάν ναι, επιστρέφει το αποθηκευμένο αρχείο και ο αρχικός κόμβος πρέπει να προτείνει ένα νέο κλειδί. Εάν όχι, τότε δρομολογεί το μήνυμα εισαγωγής στον επόμενο κόμβο για παραπέρα έλεγχο. Η δρομολόγηση χρησιμοποιεί το ίδιο βασικό κλειδί ομοιότητας με την αναζήτηση. Το μήνυμα εισαγωγής διαβιβάζεται έως ότου ο χρόνος ζωής του μηνύματος μειωθεί σε 0 ή εμφανιστεί μια αποτυχία. Εάν ο χρόνος ζωής του

29 17 μηνύματος είναι 0 και δεν έχει ανιχνευθεί καμία σύγκρουση, το αρχείο εισάγεται στο μονοπάτι που καθορίζεται από το αρχικό μήνυμα εισαγωγής Συζήτηση για το FreeNet Δεδομένου ότι η μέθοδος εναποθήκευσης για τους πίνακες δρομολόγησης έχει σχεδιαστεί με έναν τρόπο που τείνει να ομαδοποιεί τα δεδομένα (κλειδιά) που παρουσιάζουν ομοιότητες στους κόμβους του δικτύου, υποθέτουμε ότι οι κόμβοι αυτοί γίνονται περισσότερο ειδικευμένοι με το πέρασμα του χρόνου. Αυτή η υπόθεση επαληθεύεται και κατά τις προσομοιώσεις του ελεύθερου δικτύου. Περιγράφουμε ένα αντιπροσωπευτικό αποτέλεσμα: Η προσομοίωση έλαβε χώρα σε ένα δίκτυο 1000 πανομοιότυπων κόμβων, όπου κάθε κόμβος αποθηκεύει το ανώτερο 50 στοιχεία δεδομένων και μπορεί να απευθύνεται το ανώτερο σε 200 άλλους κόμβους. Η αρχική τοπολογία του δικτύου ήταν τοπολογία δακτυλίου, όπου κάθε κόμβος συνδέεται με 4 γείτονες με τα πιο κοντινά αναγνωριστικά. Σε κάθε βήμα του χρόνου της προσομοίωσης εκτελείται τυχαία μια λειτουργία προσθήκης, με έναν χρόνο ζωής 20. Κάθε 100 βήματα, εκτελούνταν από κόμβους - τυχαία επιλεγμένους ερωτήσεις με χρόνο ζωής TTL = 500. Μπορεί να παρατηρήσει κανείς ότι το μέσο μήκος μονοπατιού των επερωτήσεων κοντά στο μέγιστο TTL 500 μειώνεται αισθητά από τις αρχικές τιμές σε μία τιμή περίπου 6. Αυτή, και άλλες παρόμοιες προσομοιώσεις υποδεικνύουν ότι ο αριθμός των βημάτων κατά την αναζήτηση μεταβάλλεται λογαριθμικά με τον αριθμό των κόμβων στο δίκτυο. Μια εξήγηση στο γιατί η απόδοση αναζήτησης βελτιώνεται τόσο εντυπωσιακά μπορεί να αναζητηθεί στις ιδιότητες της δομής των γράφων του δικτύου. Οι αναλυτές των δικτύων που δημιούργησαν το FreeNet αποκαλύπτουν ότι το τελευταίο έχει τα χαρακτηριστικά των αποκαλούμενων «γράφων του μικρού κόσμου» (small world graphs). Η έννοια του φαινομένου του «μικρού κόσμου» χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τονstanley Milgram το Αυτός πραγματοποίησε ένα πείραμα στο οποίο διέταξε τυχαία επιλεγμένους ανθρώπους στη Νεμπράσκα να μεταφέρουν επιστολές σε ένα συγκεκριμένο πρόσωπο-στόχο στη Βοστόνη. Τα πρόσωπα για την προώθηση της επιστολής έπρεπε να γνωρίζονται μεταξύ τους σε επίπεδο ονόματος. Είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον ότι ο μέσος αριθμός βημάτων που απαιτήθηκαν για να φθάσουν οι επιστολές στο δέκτη ήταν μόλις 6. Η εργασία επεκτάθηκε σε ένα πλαίσιο πληροφορικής από τους Duncan Watts και Steven Strogatz το Προσδιόρισαν τις κατηγορίες γράφων που εκθέτουν μια ιδιότητα ισχυρής ομαδοποίησης, αλλά περιέχουν μικρά μονοπάτια μεταξύ οποιωνδήποτε κόμβων (small world graphs). Η ισχυρή συγκέντρωση σημαίνει ότι οι κόμβοι που συνδέονται με έναν δεδομένο κόμβο, έχουν επίσης μεγάλη πιθανότητα να συνδεθούν ο ένας με τον άλλον, όπως ακριβώς συμβαίνει για παράδειγμα στις ανθρώπινες σχέσεις. Από την άλλη μεριά όμως τα σύντομα

30 18 μονοπάτια μία γνωστή ιδιότητα των τυχαίων γράφων, καθώς σύμφωνα με τη θεωρία των γράφων τα μονοπάτια έχουν μήκος λογαριθμικό σε σχέση με τον αριθμό των κόμβων στο γράφο. Εντούτοις, η υπόθεση ότι τα κοινωνικά δίκτυα είναι τυχαίοι γράφοι είναι αρκετά μη ρεαλιστική. Οι γράφοι μικρού κόσμου έχουν σύντομα μονοπάτια, δεδομένου ότι διασπούν τις λίγες, μεγάλης απόστασης συνδέσεις που υπάρχουν σε μια δομή γράφων που είναι συνήθως τοπικά συγκεντρωμένη. Ο αλγόριθμος του FreeNet επιτυγχάνει τη δημιουργία τέτοιων γράφων χάρη στην τάση του να ομαδοποιεί τους κόμβους που αποθηκεύουν παρόμοια στοιχεία. Εφόσον, βέβαια η ομαδοποίηση αυτή δεν είναι τέλεια, οι μεγάλης απόστασης συνδέσεις είναι πάντα πιθανό να εμφανιστούν. 2.4 Εμπορικά Εργαλεία για τα Συστήματα Ομότιμων Σε αυτήν την υποενότητα θα συζητήσουμε κάποια από τα πιο διαδεμένα εμπορικά εργαλεία που βρίσκουν εφαρμογή στα δίκτυα ομότιμων βάσεων FastTrack Το FastTrack ( είναι μια P2P βιβλιοθήκη που τροφοδοτεί αρκετές από τις σήμερα πιο δημοφιλείς μηχανές αναζήτησης ομότιμων κόμβων όπως το KaZaA ή το Grokster. Χρησιμοποιεί ένα ιδιόκτητο, κρυπτογραφημένο πρωτόκολλο, το οποίο δεν έχει δημοσιευθεί. Επίσης, σε ότι αφορά την αρχιτεκτονική του συστήματος, καμία πληροφορία δεν είναι διαθέσιμη. Η θεωρούμενη αρχιτεκτονική του FastTrack συνίσταται στο ότι οι κόμβοι δεδομένων φυλάσσουν τα δεδομένα που είναι να διατεθούν και οι αποκαλούμενοι υπερκόμβοι έχουν ευρετήρια πάνω σε αυτά τα στοιχεία, παρέχοντας έτσι ικανότητες αναζήτησης σε ένα σύνολο ομότιμων κόμβων δεδομένων. Οι επερωτήσεις διαβιβάζονται επίσης σε άλλους υπερκόμβους ομότιμων. Εντούτοις, είναι ασαφές πώς ακριβώς λειτουργεί η δρομολόγηση της ερώτησης. Επιπλέον, υπάρχει ένας κεντρικός υπερ-υπερ ομότιμος κόμβος που είναι αρμόδιος για συγκεκριμένες διαχειριστικές λειτουργίες. Σύμφωνα με τα παραπάνω, το FastTrack μπορεί να αντιμετωπισθεί ως σύγχρονη έκδοση Napster που χρησιμοποιεί μια ιεραρχική δομή εξυπηρετητών αντί ενός κεντροποιημένου. Η ομάδα gift ( προσπαθεί να αντιστρέψει μηχανικά το πρωτόκολλο για να κάνει εφικτή την ύπαρξη πελατών τρίτης ομάδας και το αντίστοιχο λογισμικό.

31 JXTA To JXTA είναι μια πρόταση για μια ομοιόμορφη διεπαφή στα συστήματα ομότιμων βάσεων και για τη διευκόλυνση της διαλειτουργικότητας των συστημάτων αυτών. Το JXTA καθορίζει μια αρχιτεκτονική λογισμικού δικτύου ομότιμων, τριών στρωμάτων, μία ομάδα πρωτοκόλλων βασισμένων σε XML και ενός συνόλου από αφαιρέσεις και έννοιες, όπως οι ομάδες ομότιμων, οι σωλήνες, και οι διαφημίσεις. Με τον τρόπο αυτό παρέχει μια ομοιόμορφη πλατφόρμα για τις εφαρμογές που χρησιμοποιούν την τεχνολογία P2P και καθιστά εφικτή την αλληλεπίδραση συστημάτων P2P Συστήματα Έρευνας Εκτός από τις εφαρμογές που αφορούν το μοίρασμα των αρχείων και τις κερδοσκοπικού σκοπού προσεγγίσεις, ένα ουσιαστικό ποσό έρευνας έχει αφιερωθεί πρόσφατα στα συστήματα πληροφοριών ομότιμων κόμβων. Σε αυτό το τμήμα παρουσιάζουμε μερικές από τις παραπάνω προσεγγίσεις με ιδιαίτερη έμφαση στον τρόπο με τον οποίο αντιμετωπίζουν το πρόβλημα της αναζήτησης OceanStore Το OceanStore είναι μια βασισμένη στο διαδίκτυο, κατανεμημένη και σφαιρική υποδομή αποθήκευσης. Αποτελείται από ενδεχομένως εκατομμύρια συνεργαζόμενους εξυπηρετητές. Κάθε συμμετέχων κόμβος είναι ταυτόχρονα και πελάτης και εξυπηρετητής, επομένως το OceanStore είναι ένα αληθινό P2P σύστημα. Τα δεδομένα είναι χωρισμένα σε τμήματα που αποθηκεύονται επαρκώς στους εξυπηρετητές. Περίπλοκοι μηχανισμοί αντενστάσεων επινοούνται προκειμένου να εξασφαλιστούν η διαθεσιμότητα δεδομένων και η υψηλή απόδοση. Η υψηλή ανοχή ελαττωμάτων επιτυγχάνεται μέσω του αυτοελέγχου, της χρήσης της κωδικοποίησης απόσβεσης και την αυτόματη επισκευή. Οι αναπροσαρμογές εκτελούνται με τη χρησιμοποίηση των βυζαντινών πρωτοκόλλων συναίνεσης. Για την αναζήτηση, το OceanStore παρέχει το υποσύστημα Tapestry, ένα αυτοδιαχειριζόμενο σύστημα δρομολόγησης και εντοπισμού θέσης αντικειμένου (object Location system). Για την θέση των αντικειμένων χρησιμοποιεί την δρομολόγηση κατακερματισμένου επιθέματος (hashed suffix). Ένα παράδειγμα για το πώς εκτελείται η δρομολόγηση δίνεται στο σχήμα 2.4. Επεξηγεί την πορεία που ακολουθεί ένα μήνυμα που δημιουργείται στον κόμβο 0325 προοριζόμενο για τον κόμβο Το σύστημα Tapestry δρομολογεί το μήνυμα μέσω των κόμβων **** --> ***8--> **98 --> 4598, όπου οι αστερίσκοι αντιπροσωπεύουν τους

32 20 μπαλαντέρ. Όταν η αναζήτηση αρχίζει από τον 87CA μόνο δύο βήματα απαιτούνται καθώς οι πολλαπλάσιες ψηφιολέξεις(bytes) αντιστοιχούνται στον κόμβο Σχήμα 2.4: Αναζήτηση στο Tapestry Chord To Chord είναι αποκεντρωμένη υπηρεσία αναζήτησης κόμβων ομότιμων που αποθηκεύει τα ζευγάρια κλειδι/τιμή για κατανεμημένα κομμάτια δεδομένων. Λαμβάνοντας υπόψη ένα κλειδί, ο αρμόδιος κόμβος για την αποθήκευση της τιμής του μπορεί να καθοριστεί χρησιμοποιώντας μια συνάρτηση κατακερματισμού που αναθέτει ένα αναγνωριστικό σε κάθε κόμβο και σε κάθε κλειδί (με τον κατακερματισμό της IP διεύθυνσης του κόμβου και του κλειδιού). Κάθε κλειδί Κ αποθηκεύεται στον πρώτο κόμβο του οποίου ο κωδικός του αναγνωριστικού του είναι ίσο η έπεται του Κ στον χώρο των αναγνωριστικών. Κάθε κόμβος διατηρεί έναν πίνακα δρομολόγησης με τις πληροφορίες για μόνο Ο(logN) κόμβους. Άλλωστε, ο αριθμός κόμβων που πρέπει να έρθει σε επαφή ένας κόμβος για να επιλύσει μια επερώτηση σε ένα δίκτυο ν-κόμβων είναι με μεγάλη πιθανότητα ίσος με ο (logn) Pastry Μια προσέγγιση παρόμοια με αυτή των συστημάτων Tapestry και Chord χρησιμοποιήθηκε επίσης στο Pastry. Το Tapestry και το Pastry διαφέρουν βασικά στον τρόπο με τον οποίο το κάθε ένα σύστημα προσπαθεί να επιτύχει την τοπικότητα του δικτύου αλλά και την

33 21 υποστήριξη replication. Οι υπάρχουσες εφαρμογές που χτίζονται πάνω από το Pastry περιλαμβάνουν το Past, ένα βοήθημα αποθήκευσης, και to Scribe, ένα σύστημα δημοσίευσης και προσυπογραφής CAN Το Can είναι μια άλλη πρόταση για μια αποκεντρωμένη P2P υπηρεσία αναζήτησης. Διαφέρει από τους προηγούμενους δεδομένου ότι χρησιμοποιεί έναν πολυδιάστατο χώρο σαν υποκείμενη αφαίρεση για τη δρομολόγηση. Τα κλειδιά χαρτογραφούνται σε περιοχές και οι ομότιμοι κόμβοι χωρίζουν τις περιοχές αυτές απομνημονεύοντας τους ομότιμους κόμβους που είναι αρμόδιοι για τις γειτονικές περιοχές. Η δρομολόγηση εκτελείται έπειτα με το να διαβιβάζονται τα αιτήματα στις πιο κοντινές περιοχές στη θέση του κλειδιού. Κατ' αυτό τον τρόπο ο αναμενόμενος αριθμός βημάτων για μια αναζήτηση είναι ο (dn 1/d ), όπου το d είναι η επιλεγμένη διαστατικότητα(dimensionality) P-Grid Το P-Grid είναι μια αυτοδιαχειριζόμενη(auto organizing) δομή πρόσβασης που χρησιμοποιεί ένα δέντρο προθέματος για τη δρομολόγηση των αιτημάτων αναζήτησης. Συνδυάζει τη αποδοτική δρομολόγηση όπως επιτυγχάνεται στα δομημένα P2P συστήματα αναζήτησης όπως το OceanStore, το Chord και το CAN, με τη δυνατότητα να ενωθούν διαχωρισμένα δίκτυα, μια ιδιότητα που υφίσταται σε πραγματικά συστήματα όπως το Gnutella και το FreeNet. Τα δομημένα P2P συστήματα αναζήτησης δεν έχουν αυτήν την δυνατότητα, καθώς υποστήριζουν μόνο διαδικασίες σύνδεσης και αποσύνδεσης από το δίκτυο για έναν μόνο κόμβο Farsite Το Farsite σχεδιάζεται ως ένα κατανεμημένο σύστημα αρχείων χωρίς εξυπηρετητή, το οποίο όμως δεν προϋποθέτει την αμοιβαία εμπιστοσύνη μεταξύ των υπολογιστών πελατών στους οποίους τρέχει. Λογικά το σύστημα προσπαθεί να παρέχει την παραίσθηση ενός κεντρικού εξυπηρετητή αρχείων. Φυσικά, μια ομάδα υπολογιστών πελατών υπολογιστών γραφείου καθιερώνει, μέσω της συνεργασίας, αυτόν τον εικονικό εξυπηρετητή αρχείων που μπορεί να

34 22 προσεγγιστεί από οποιουσδήποτε από τους πελάτες. Το Farsite θα προσφέρει ένα σφαιρικό διάστημα ονόματος για τα αρχεία, την διαφανή πρόσβαση στα αρχεία αυτά, την αξιοπιστία μέσω των πολλαπλάσιων κρυπτογραφημένων αντιγράφων των αρχείων, και μια ιεραρχική δομή καταλόγου μέσω μιας κατανεμημένης υπηρεσίας καταλόγου. Μέχρι τώρα, μόνο οι προσομοιώσεις δημοσιεύονται αλλά ούτε η αρχιτεκτονική συστημάτων και το σχέδιο, ούτε οι αλγόριθμοι είναι διαθέσιμα δημόσια. 2.5 Υπηρεσία Hyperion Ο αναμενόμενος πλούτος εφαρμογών ενός δικτύου ομότιμων προώθησε ιδιαίτερα την έρευνα των συστημάτων διαχείρισης βάσεων δεδομένων, τα οποία μπορούν, συνεργαζόμενα, να αποτελέσουν ένα δίκτυο από ομότιμους κόμβους. Οι κόμβοι αυτοί συντονίζουν τις διεργασίες μοιράσματος και διατύπωσης επερωτήσεων στο χρόνο εκτέλεσης. Ένα τέτοιο δίκτυο μοιάζει πολύ με ένα συμβατικό σύστημα πολλαπλών βάσεων δεδομένων. Το τελευταίο στηρίζεται σε έννοιες κλειδιά όπως ένα γενικό σχήμα, κεντρικός έλεγχος διαχείρισης δεδομένων και στατικότητα στον τρόπο με τον οποίο είναι εγκατεστημένο το δίκτυο. Σε αντίθεση με όλα τα παραπάνω, έχει προταθεί μία νέα αρχιτεκτονική για ένα δίκτυο ομότιμων βάσεων, το Hyperion, το οποίο υποστηρίζει την απουσία οποιουδήποτε γενικού σχήματος, οποιουδήποτε κεντρικού ελέγχου, εξελισσόμενους κανόνες μεταξύ των βάσεων και δυναμική συμμετοχή των ομότιμων βάσεων. Το Hyperion στοχεύει σε δύο βασικούς στόχους: Στην συγκεκριμενοποίηση και τη διαχείριση των πληροφοριών για τα δεδομένα με τη μορφή πινάκων μασκών. Κάτι τέτοιο θα καθιστούσε εφικτό το μοίρασμα των δεδομένων μεταξύ ανομοιογενών και αυτόνομων βάσεων Στην ενίσχυση του συμβατικού συστήματος βάσεων δεδομένων με ένα επίπεδο δικτύου ομότιμων, που καθιστά δυνατή την διαδραστικότητα μεταξύ των ανομοιογενών βάσεων. Καθίσταται, έτσι, εφικτή η μεταξύ των κόμβων επικοινωνία, με την ευρεία του όρου έννοια. Υπάρχει, έτσι, δυνατότητα εκτέλεσης επερωτήσεων που προέρχονται από άλλη βάση, εκτελούνται σκανδαλιστές που ενεργοποιούνται από κάποιο απομακρυσμένο κόμβο ενώ, μέσω αυτού του επιπέδου, κάθε ζευγάρι κόμβων θα δύναται να εγκαταστήσει και να διακόψει τη μεταξύ των κόμβων σύνδεση(acquaintance) τους.